創(chuàng)新基金項(xiàng)目申報(bào)書(shū)

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1、電子科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書(shū)項(xiàng)目名稱：微型氣相色譜的研制.項(xiàng)目學(xué)科：光學(xué)工程.申請(qǐng)人：李雄風(fēng)陳光楠吳朋林.指導(dǎo)教師：杜曉松.所在學(xué)院：光電信息學(xué)院.申請(qǐng)金額：一萬(wàn)五千元.申請(qǐng)日期：2011年3月11日.聯(lián)系電話：15281063218.電子信箱：uestcstuwpl@163.com.電子科技大學(xué)教務(wù)處二○一○年四月制一、基本情況1．項(xiàng)目情況項(xiàng)目名稱微型氣相色譜的研制項(xiàng)目性質(zhì)□小發(fā)明、小創(chuàng)作、小設(shè)計(jì)等□基礎(chǔ)性研究□應(yīng)用性研究□社會(huì)調(diào)研□開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室■創(chuàng)新性研究項(xiàng)目來(lái)源□自主立題■教師指導(dǎo)選題起止時(shí)間自2011年

2、3月至2013年3月申請(qǐng)金額一萬(wàn)五千元2．申請(qǐng)者情況姓名李雄風(fēng)性別男年齡20民族漢學(xué)院光電信息學(xué)院年級(jí)2009級(jí)專(zhuān)業(yè)光信息科學(xué)與技術(shù)兼職電話152810632183．項(xiàng)目組成員情況姓名性別年齡專(zhuān)業(yè)分工每周工簽字作時(shí)間李雄風(fēng)男20光信息科學(xué)與技術(shù)濕法腐蝕3小時(shí)陳光楠男20光信息科學(xué)與技術(shù)Pt加熱器3小時(shí)固定相涂吳朋林男19光信息科學(xué)與技術(shù)3小時(shí)敷4．指導(dǎo)教師情況姓名杜曉松職稱教授博導(dǎo)專(zhuān)業(yè)3E-mailxsdu@uestc.edu.cn學(xué)院光電信息學(xué)院電話13982002690簽字二、研究方案1．研究目的和意義：氣相色譜是以

3、氣體(載氣)作為移動(dòng)相，利用被測(cè)物質(zhì)各組分在不同固定相間分配系數(shù)的差異，在兩相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行反復(fù)多次的分配，使被測(cè)物質(zhì)各組分在固定相間移動(dòng)速率存在一定的差異，隨著移動(dòng)相的移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)被測(cè)物各組分之間分離的一種高效的混合物分離、分析技術(shù)。氣相色譜技術(shù)以其分離效率高，分析速度快，選擇性高，靈敏度高，分析樣品用量少等眾多優(yōu)點(diǎn)，目前已成為一種相當(dāng)成熟且應(yīng)用廣泛的分離分析方法。但是，傳統(tǒng)的色譜分離設(shè)備體積質(zhì)量大，且對(duì)環(huán)境要求高，通常情況下只在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，這對(duì)于諸如易燃易爆、有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)、戰(zhàn)地化學(xué)武器的監(jiān)測(cè)等這一類(lèi)所謂的現(xiàn)

4、場(chǎng)檢測(cè)與分析ISMA(InSituMeasurement&Analysis)帶來(lái)了諸多不便。針對(duì)以上情況，本項(xiàng)目欲采用MEMS技術(shù)在硅片上加工出微型色譜柱，并在硅片上集成加熱器和溫度傳感器等部件，再與氣相色譜檢測(cè)器（如聲表面波傳感器）相連，構(gòu)成微型色譜系統(tǒng)，體積大大減小，具有靈敏度高，分析速度快，應(yīng)用范圍廣，便攜性好等特點(diǎn)，可以方便地對(duì)有害氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。2.研究?jī)?nèi)容與方法：通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，歸納總結(jié)微型氣相色譜與傳統(tǒng)氣相色譜的結(jié)構(gòu)、功能優(yōu)缺點(diǎn)，掌握器件基本原理，同時(shí)熟悉MEMS加工工藝流程，制定出針對(duì)制備微型氣相色譜

5、合理的工藝步驟。本項(xiàng)目擬采取的研究路線如下圖所示：器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)MEMS加工深度反應(yīng)離子刻蝕DRIE各向異性濕法腐蝕鍵合陽(yáng)極鍵合金硅鍵合鍵合晶片表征測(cè)試劃片，取出器件，接上連接管涂敷固定相器件測(cè)試，性能優(yōu)化A.設(shè)計(jì)出幾種MEMS微型氣相色譜柱的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)仿真軟件對(duì)這兩種種器件內(nèi)部流體情況進(jìn)行仿真，得出相關(guān)比較結(jié)果；另外建立器件工作時(shí)的熱傳導(dǎo)模型，對(duì)器件的功耗，加熱時(shí)間，以及溫度進(jìn)行預(yù)評(píng)估。B.摸索MEMS加工色譜柱的相關(guān)工藝，主要包括刻蝕掩蔽層的選擇，濺射工藝，化學(xué)氣相沉積工藝，光刻工藝，刻蝕工藝，鍵合工藝，剝離工藝等，

6、并針對(duì)關(guān)鍵工藝步驟：刻蝕、鍵合、剝離分別進(jìn)行前期準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。主要技術(shù)：硅深槽刻蝕：分深度反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）和各向異性濕法腐蝕（110）硅兩個(gè)方向進(jìn)行。深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)（DRIE）的主要特點(diǎn)是垂直性好，具有很高的深寬比，并且易于實(shí)現(xiàn)，無(wú)晶向限制，為微型氣相色譜復(fù)雜結(jié)構(gòu)的體硅加工提供了保障，DRIE在中電49所進(jìn)行，刻蝕深寬比可達(dá)20:1，側(cè)壁角度為90±2°。目前已和該單位聯(lián)系妥當(dāng)，可以為我們提供所要求的深槽刻蝕加工。濕法腐蝕是目前最普遍、也是設(shè)備成本最低的蝕刻方法，（110）硅片刻蝕，可以形成因各向異性刻蝕所致的陡

7、直側(cè)壁，如下圖所示：因此，通過(guò)濕法各向異性腐蝕也能制作出所需要的結(jié)構(gòu)，此工藝的難點(diǎn)在于圖案開(kāi)窗方向必須和（111）面平邊的方向嚴(yán)格平行，夾角偏差0.2°就會(huì)形成臺(tái)階狀的側(cè)表面，這些臺(tái)階是由許多小的{111}面形成的。這里我們將采用預(yù)腐蝕定位法，在硅片上沿解理面方向制作一個(gè)扇形定位區(qū)域，該區(qū)域由若干個(gè)小矩形構(gòu)成，相鄰兩個(gè)矩形中心夾角為0.2°，再經(jīng)過(guò)對(duì)硅片進(jìn)行濕法腐蝕，與{111}晶面有較大偏角的、表面長(zhǎng)有氮化硅掩膜的小矩形條被完全或部分地測(cè)蝕掉，與{111}晶面方向接近的、表面長(zhǎng)有氮化硅掩膜的小矩形條被測(cè)蝕的較小，在顯微

8、鏡中可觀測(cè)到完全沒(méi)有被測(cè)蝕的、表面長(zhǎng)有氮化硅的小矩形條，它所暴露出的晶面即是精確的{111}面。另外針對(duì)（110）硅做專(zhuān)門(mén)的濕法腐蝕工藝研究，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，比如實(shí)驗(yàn)溫度、是否攪拌、是否加裝冷凝設(shè)備，和溶液配方來(lái)調(diào)節(jié)腐蝕結(jié)果，包括腐蝕溝槽表面光滑程度、各向異性性以及腐蝕速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)SEM來(lái)觀察測(cè)定。鍵合工藝：